Entendiendo la máquina equilibradora
A máquina equilibradora (también conocido como equilibrador de taller) es un instrumento específico que mide el desequilibrio en un rotor una vez que el rotor se ha desmontado de la máquina principal. Hace girar el rotor en una suspensión calibrada y mide el vibración o fuerza, y a partir de esas lecturas calcula la magnitud y la posición angular del desequilibrio en cada plano de corrección — de modo que el operario pueda taladrar, rectificar o añadir peso exactamente donde sea necesario. Las máquinas equilibradoras son la columna vertebral de la fabricación de rotores y de los trabajos de reparación de alta precisión, en los que un componente debe estar certificado como equilibrado antes de volver a ponerse en servicio.
1. Definición: ¿Qué es una máquina equilibradora?
En esencia, una máquina equilibradora es un experimento controlado en fuerza centrífuga. Cuando gira un rotor desequilibrado, su punto de mayor masa genera una fuerza rotacional proporcional a la excentricidad de la masa residual y al cuadrado de la velocidad. La máquina hace girar el rotor a una velocidad constante y conocida, detecta la fuerza o el movimiento que este punto pesado produce una vez por revolución y lo traduce en la cantidad de masa de corrección y el ángulo en el que aplicarla. Dado que el rotor está montado sobre los propios soportes de precisión de la máquina, en lugar de sobre sus cojinetes de trabajo, la medición aísla el rotor como un componente, libre de influencias del acoplamiento, los cimientos y el montaje.
Este enfoque centrado en los componentes es precisamente la razón por la que el equilibrado en taller permite obtener resultados tan precisos. Una rueda de turbina nueva, una bomba impulsor, el inducido de un motor eléctrico o el husillo de una máquina herramienta suelen equilibrarse en una máquina con un nivel de precisión muy exigente grado de calidad de equilibrado antes del montaje, lo que proporciona un punto de partida preciso y reproducible que la corrección in situ por sí sola no puede garantizar.
2. Componentes clave de una máquina equilibradora
Una máquina equilibradora horizontal típica se compone de un número reducido de subsistemas bien definidos, cada uno de los cuales contribuye a la precisión de la medición:
- Bed / base: una base rígida y pesada que proporciona estabilidad y evita que las vibraciones externas del suelo afecten a la lectura. La masa y la rigidez de esta base limitan directamente el desequilibrio más pequeño que la máquina puede detectar.
- Sistema de suspensión (pedestales): dos soportes —a veces denominados pedestales de cojinetes — que soportan los muñones del rotor. Están diseñados para ser rígidos en una dirección y flexibles en la dirección de medición, de modo que el rotor solo puede moverse libremente en los puntos en los que los sensores pueden detectarlo.
- Sensores: transductores montados en la suspensión — normalmente acelerómetros, transductores de velocidad, o células de fuerza, que convierten la respuesta al desequilibrio en una señal eléctrica.
- Drive system: un motor eléctrico con transmisión por correa, transmisión directa o transmisión neumática que lleva al rotor a una velocidad de equilibrado constante y controlada.
- Sensor de referencia rotacional: normalmente una fotocélula que detecta una banda de cinta reflectante, o un sensor de proximidad en una ranura de chaveta. Su pulso por revolución —la misma función que desempeña un tacómetro desempeña en el trabajo de campo — establece el fase ángulo, indicándole a la máquina donde se encuentra el punto pesado.
- Instrumentación: una consola con microprocesador que filtra las señales de los sensores en marcha y aplica el coeficientes de influencia, y muestra el valor y el ángulo del desequilibrio para cada plano.
3. Máquinas de apoyos rígidos vs. máquinas de apoyos blandos
Las máquinas equilibradoras se clasifican en función del comportamiento de su suspensión en relación con la velocidad de equilibrado, y esta distinción determina cómo se calibran y qué parámetros miden.
a) Máquina equilibradora de apoyos rígidos
La suspensión es muy rígida y la máquina mide fuerza provocado por el desequilibrio. La frecuencia natural del sistema rotor-suspensión se sitúa muy por encima de sobre la velocidad de equilibrado, por lo que el rotor gira a una velocidad muy inferior resonancia y la lectura es estable. La ventaja decisiva es calibración permanente: una vez que el operario introduce las dimensiones del rotor y las posiciones de los cojinetes, la máquina indica directamente el desequilibrio correcto, sin necesidad de realizar una pasada de prueba para cada pieza nueva. Esta rapidez y versatilidad hacen que las máquinas para cojinetes rígidos sean la opción habitual en los talleres de equilibrado industriales modernos.
b) Máquina equilibradora de apoyos blandos
La suspensión es muy flexible y la máquina mide desplazamiento (vibración). En este caso, la frecuencia natural del sistema se sitúa muy debajo de la velocidad de equilibrado, de modo que el rotor gire por encima de la resonancia. Estas máquinas son extremadamente sensibles —ideales para rotores muy pequeños o ligeros—, pero requieren una prueba de calibración con un peso de prueba para cada tipo de rotor, ya que la relación entre el desplazamiento y el desequilibrio depende del rotor y de la configuración concretos. La contrapartida es la sensibilidad a cambio del tiempo de configuración.
4. Máquina equilibradora frente al equilibrado en campo
Equilibrado en taller y equilibrado de campo responden a dos cuestiones distintas, y un programa de fiabilidad bien gestionado utiliza ambas.
- Máquina equilibradora (equilibrado en taller): El rotor se desmonta y se equilibra como un componente independiente. Esto garantiza una precisión muy elevada y resulta ideal para rotores nuevos o reacondicionados, ya que certifica que la pieza cumple con unas tolerancias muy estrictas antes incluso de entrar en servicio.
- Equilibrado en campo: El rotor se equilibra una vez instalado en sus propios cojinetes y en sus propias condiciones de funcionamiento. Esto corrige todo el rotor assembly —incluidas chavetas, acoplamientos, cubos de ventilador y efectos operativos— y corrige el desequilibrio en máquinas que ya están en servicio sin necesidad de un desmontaje importante.
Ambos aspectos son complementarios. Normalmente, un rotor se equilibra en taller durante su fabricación o reparación, y luego se le realiza un ajuste final equilibrio de compensación en el campo para absorber las influencias del montaje y el funcionamiento. En una máquina montada, esa etapa de campo no requiere en absoluto una máquina específica: basta con un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A mide la amplitud 1× y la fase en los propios cojinetes de la máquina, calcula los coeficientes de influencia y verifica el resultado final desequilibrio residual en comparación con el grado ISO seleccionado —lo que, en la práctica, equivale a realizar la misma medición que realiza un equilibrador de taller, pero sobre el rotor mientras está en funcionamiento—.
5. Normas y aceptación
El desequilibrio que indica una máquina se compara con un límite de aceptación establecido a partir de ISO 21940-11 (la versión actual de la conocida norma ISO 1940-1), que define el grados de calidad de equilibrado — G6.3, G2.5, G1.0, etc. — que establecen el desequilibrio residual admisible para una masa de rotor y una velocidad de servicio determinadas. Las propias máquinas se describen y evalúan en ISO 21940-21, que explica cómo se verifican la precisión de una máquina equilibradora y el desequilibrio residual mínimo que se puede alcanzar. Convertir un grado en un valor admisible en gramos por milímetro y repartirlo entre dos planos es rápido con el Calculadora de desequilibrio residual (ISO 21940-11), while the Calculadora de sensibilidad de la máquina equilibradora ayuda a confirmar que una máquina es realmente capaz de resolver el desequilibrio que exige un grado de calidad estricto.
